磁性納米復合材料的原位制備及其電磁性能研究.pdf

1、隨著信息工程的迅猛發(fā)展，開發(fā)吸收頻帶寬、厚度薄、吸收能力強、質(zhì)量輕的電磁吸收材料已經(jīng)引起世界各國的關注。納米材料，特別是磁性納米金屬材料，由于具有獨特的光、電、磁等物理學性能，成為材料領域的研究重點。然而，一方面，磁性納米金屬由于本征磁性和大比表面積，容易引起團聚，從而難以實現(xiàn)其與電磁波的充分交互作用，體現(xiàn)不出很好的吸波性能；另一方面，單一的磁性金屬材料環(huán)境穩(wěn)定性差，且對電磁波的耗散能力有限，很難滿足高性能電磁波吸收材料的要求。這些都大

2、大限制了磁性納米金屬材料在吸波等領域的應用研究。鑒于此，本論文擬采用原位復合的方法，選擇具有不同電磁波損耗機制的材料作為分散介質(zhì)，在控制納米磁性金屬顆粒尺寸大小、保證良好分散及其穩(wěn)定性的同時，賦予材料更多的電磁耗散機制，提高復合材料的吸波性能。通過系統(tǒng)研究材料組成、制備條件等因素對復合材料的結(jié)構(gòu)、性能的影響，實現(xiàn)對材料性能的調(diào)控，制備具有理想性能的電磁吸波材料。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.以六水硝酸鎳為鎳源，蔗糖為碳源，將二

3、者按照一定比例混合均勻，得到前驅(qū)體。然后，在氫氬混合氣氛中，將前驅(qū)體高溫碳化還原，一步得到Ni-C復合納米材料。結(jié)果表明，復合納米材料中，鎳納米顆粒均勻的分布在碳基體中，且隨著鎳比例的升高，鎳納米顆粒的尺寸增加。這是因為蔗糖在高溫碳化過程中所形成的碳對Ni納米顆粒的生長和團聚起到了很好的抑制和隔離作用。通過對產(chǎn)物的磁性和電磁性能研究，結(jié)果表明：前驅(qū)體比例對Ni的尺寸及復合材料的磁性和電磁性能具有很大的影響，通過優(yōu)化前驅(qū)體比例，可以得到電

4、磁吸波性能很好的碳鎳復合材料。例如，樣品N5，當吸波層厚度為4mm時，在4.16GHz處是最大反射損耗可達-39.98dB,反射損耗在2.28-6.56GH，8.32-10.88GHz范圍內(nèi)均小于-10dB，表明是一種它是一種理想的電磁吸波材料。
　　2.鑒于碳和鎳材料都具有較好的導電性能，不利于實現(xiàn)復合材料與空間的阻抗匹配特性，在上述工作基礎上，通過在碳鎳體系中引入透波材料SiO2，研究SiO2對復合材料磁性和電磁性能影響。作為

5、一種絕緣的透波材料，SiO2的引入增加電磁波在復合材料內(nèi)部的通過路徑，有利于電磁波的進入復合材料內(nèi)部，因此有利于保障吸波劑與電磁波之間充分的交互作用。研究結(jié)果表明，適當比例SiO2的加入可以起到進一步提高納米鎳顆粒的分散，調(diào)控Ni納米顆粒尺寸的作用，但過量SiO2的引入會降低復合材料中有效吸波劑的比例而影響復合材料整體的吸波性能。在SiO2的含量為0.3ml的條件下(S-0.3)，當復合材料吸波層厚度為5mm時，在14.16GH處最大R

6、L值可達-32.3dB，顯示其對入射電磁波的吸收可達99％以上，說明得到的復合材料具有優(yōu)異的吸波性能。
　　3.通過液相還原法制備Ni/SiO2復合物，將其作為前驅(qū)體于流動的NH3氣氛中，利用氮化鎳的熱分解性能，通過調(diào)節(jié)氮化溫度和氮化時間得到了一系列不同氮化程度的Ni3N/SiO2復合納米材料以及不同比例的Ni-Ni3N/SiO2納米復合材料，并對其進行了磁性和電磁性能的研究。結(jié)果表明，純相Ni3N是一種典型的介電損耗材料，不具有